प्रेरणिकतः युग्मित प्लाज्मा: Difference between revisions
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[[Image:Inductively Coupled Plasma.jpg|thumb|चित्र 1. | [[Image:Inductively Coupled Plasma.jpg|thumb|चित्र 1. विश्लेषणात्मक आईसीपी टॉर्च का चित्र]]'''प्रेरणिकतः युग्मित प्लाज्मा (इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा(आईसीपी))''' या '''ट्रांसफार्मर युग्मित प्लाज्मा (टीसीपी)'''<ref>[http://www.ipr.umd.edu/ppm/Papers/JVA00239.pdf High density fluorocarbon etching of silicon in an inductively coupled plasma: Mechanism of etching through a thick steady state fluorocarbon layer] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160207090140/http://www.ipr.umd.edu/ppm/Papers/JVA00239.pdf |date=2016-02-07 }} T. E. F. M. Standaert, M. Schaepkens, N. R. Rueger, P. G. M. Sebel, and G. S. Oehrleinc</ref> एक प्रकार का प्लाज़्मा (भौतिकी) स्रोत है जिसमें [[ऊर्जा]] की आपूर्ति विद्युत धाराओं द्वारा की जाती है जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण, अर्थात टाइम-वरयींग [[चुंबकीय क्षेत्र]] द्वारा उत्पन्न होती हैं।<ref>{{cite book|title=विश्लेषणात्मक परमाणु स्पेक्ट्रोमेट्री में प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज़्मा|editor=A. Montaser and D. W. Golightly|publisher=VCH Publishers, Inc., New York|year=1992}} | ||
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==संचालन== | ==संचालन== | ||
[[File:ICP torch.svg|thumb|left|200px|चित्र 2. | [[File:ICP torch.svg|thumb|left|200px|चित्र 2. प्रेरणिकतः युग्मित प्लाज़्मा टॉर्च का निर्माण।<ref>{{cite book |last1=Lajunen |first1=L. H. J. |last2=Perämäki |first2=P. |date=2004 |title=परमाणु अवशोषण और उत्सर्जन द्वारा स्पेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण|edition=2 |publisher=RSC Publishing |location=Cambridge |page=205 |isbn=978-0-85404-624-9 }}</ref> a: बाहरी क्वार्ट्ज ट्यूब में ठंडा गैस स्पर्शरेखा प्रवाह b: डिस्चार्ज गैस प्रवाह (सामान्यतः Ar) c: एक प्रारूप के साथ वाहक गैस का प्रवाह d: इंडक्शन कॉइल जो टॉर्च के अंदर सशक्त चुंबकीय क्षेत्र बनाती है e: चुंबकीय क्षेत्र के बल वैक्टर f: प्लाज्मा टॉर्च (डिस्चार्ज)।]]आईसीपी ज्यामिति तीन प्रकार की होती है: समतल (चित्र 3 (a)), बेलनाकार <ref>{{Cite book|title=रेडियो-फ़्रीक्वेंसी प्लाज़्मा का भौतिकी|author=Pascal Chambert and Nicholas Braithwaite|publisher=Cambridge University Press, Cambridge |pages= 219–259|year=2011|isbn=978-0521-76300-4}}</ref> (चित्र 3 (b)), और अर्ध-टोरॉयडल (चित्र 3 (c)) आदि।<ref name="ShunkoStevenson2014">{{cite journal|last1=Shun'ko|first1=Evgeny V.|last2=Stevenson|first2=David E.|last3=Belkin|first3=Veniamin S.|title=Inductively Coupling Plasma Reactor With Plasma Electron Energy Controllable in the Range From ~6 to ~100 eV|journal=IEEE Transactions on Plasma Science|volume=42|issue=3|year=2014|pages=774–785|issn=0093-3813|doi=10.1109/TPS.2014.2299954|bibcode = 2014ITPS...42..774S |s2cid=34765246}}</ref> | ||
समतल ज्यामिति में, इलेक्ट्रोड एक सर्पिल (या कुंडली) की तरह समतल धातु के वाउंड की लंबाई है। बेलनाकार ज्यामिति में, यह [[ कुंडलित वक्रता |कुंडलित वक्रता]] स्प्रिंग की तरह है। इस प्रकार अर्ध-टोरॉयडल ज्यामिति में, यह [[टोरॉयडल सोलनॉइड]] है जिसे इसके मुख्य व्यास के साथ दो समान भागो में काटा जाता है। | |||
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इलेक्ट्रॉन प्रक्षेप पथ के निर्माण के लिए अग्रणी <ref name="ShunkoStevenson2014" /> प्लाज्मा पीढ़ी प्रदान करता है। इस प्रकार r पर निर्भरता से पता चलता है कि गैस आयन की गति लौ के बाहरी क्षेत्र में सबसे तीव्र है, जहां तापमान सबसे अधिक है। वास्तविक टॉर्च में, लौ को ठंडी गैस द्वारा बाहर से ठंडा किया जाता है, इसलिए सबसे गर्म बाहरी भाग तापीय संतुलन पर होता है। वहां तापमान 5 000–6 000 K तक पहुंच जाता है.<ref name="Dunnivant">{{cite book|last1=Dunnivant|first1=F. M.|last2=Ginsbach|first2=J. W.|title=Flame Atomic Absorbance and Emission Spectrometry and Inductively Coupled Plasma — Mass Spectrometry|date=2017|publisher=Whitman College|url=https://sites.google.com/whitman.edu/faasfaesicpms/home|access-date=10 January 2018}}</ref> इस प्रकार अधिक कठोर विवरण के लिए, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में मिल्टन-जैकोबी समीकरण देखें। | |||
[[आरएलसी सर्किट|आरएलसी परिपथ]] जिसमें कॉइल सम्मिलित है, जिसमें प्रयुक्त प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति सामान्यतः 27-41 मेगाहर्ट्ज होती है। इस प्रकार प्लाज्मा को प्रेरित करने के लिए, गैस आउटलेट पर इलेक्ट्रोड पर चिंगारी उत्पन्न होती है। इस प्रकार आर्गन सामान्यतः उपयोग होने वाली विरल गैस का उदाहरण है। प्लाज्मा का उच्च तापमान विभिन्न अवयवो के निर्धारण की अनुमति देता है, और इसके अतिरिक्त, लगभग 60 अवयवो के लिए टॉर्च में आयनीकरण की डिग्री 90% से अधिक है। इस प्रकार आईसीपी टॉर्च सी 1250-1550 W शक्ति का उपभोग करती है। किन्तु यह प्रारूप की मौलिक संरचना (अवयवो की विभिन्न आयनीकरण ऊर्जा के कारण) पर निर्भर करता है।<ref name="Dunnivant" /> | |||
आईसीपी में दो ऑपरेशन मोड होते हैं, जिन्हें कम प्लाज्मा घनत्व के साथ संधारित्र (E) मोड और उच्च प्लाज्मा घनत्व के साथ प्रेरक (H) मोड कहा जाता है, और इस प्रकार E से H हीटिंग मोड संक्रमण बाहरी इनपुट के साथ होता है।<ref>Hyo-Chang Lee (2018) Review of inductively coupled plasmas: Nano-applications and bistable hysteresis physics 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001</ref> | |||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
प्लाज्मा [[इलेक्ट्रॉन तापमान]] ~6,000 K और ~10,000 K (~6 eV - ~100 eV) के | इस प्रकार प्लाज्मा [[इलेक्ट्रॉन तापमान]] ~6,000 K और ~10,000 K (~6 eV - ~100 eV) के मध्य हो सकता है।<ref name="ShunkoStevenson2014" /> और सामान्यतः तटस्थ प्रजातियों के तापमान से अधिक परिमाण के विभिन्न क्रम होते हैं। इस प्रकार आर्गन आईसीपी प्लाज्मा डिस्चार्ज तापमान सामान्यतः ~5,500 से 6,500 K होता है <ref>{{cite book |last1=Cornelis |first1=RITA |last2=Nordberg |first2=MONICA |title=धातुओं के विष विज्ञान पर हैंडबुक|date=2007 |publisher=Academic Press |isbn=9780123694133 |pages=11–38 |chapter=CHAPTER 2 - General Chemistry, Sampling, Analytical Methods, and Speciation**Partly based on Chapter 2: General chemistry of metals by V. Vouk and Chapter 3: Sampling and analytical methods by T. J. Kneip and L. Friberg in Friberg et al. (1986).|doi=10.1016/B978-012369413-3/50057-4 |edition=Third }}</ref> और इसलिए सूर्य की सतह ([[फ़ोटोस्फ़ेयर]]) (~4,500 K से ~6,000 K) पर पहुंचने के समान हैं। इस प्रकार आईसीपी डिस्चार्ज 10<sup>15</sup> सेमी<sup>−3</sup> के क्रम पर अपेक्षाकृत उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के होते हैं परिणामस्वरूप, आईसीपी डिस्चार्ज के व्यापक अनुप्रयोग होते हैं जहां उच्च-घनत्व प्लाज्मा (एचडीपी) की आवश्यकता होती है। | ||
* प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा [[परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी]] | * प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा [[परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी]] या आईसीपी-एईएस, परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का एक प्रकार है। | ||
* | * आईसीपी-एमएस, मास स्पेक्ट्रोमेट्री का एक प्रकार है। | ||
* [[प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी]] | * [[प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी|प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग]] या आईसीपी-आरआईई, एक प्रकार का प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग है। | ||
आईसीपी डिस्चार्ज का एक अन्य लाभ यह है कि | इस प्रकार आईसीपी डिस्चार्ज का एक अन्य लाभ यह है कि वह अपेक्षाकृत संदूषण से मुक्त होते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पूरी तरह से प्रतिक्रिया कक्ष के बाहर होते हैं। इसके विपरीत, [[कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा|कैपेसिटिव युग्मित प्लाज्मा]] (सीसीपी) में, इलेक्ट्रोड को अधिकांशतः रिएक्टर के अंदर रखा जाता है और इस प्रकार प्लाज्मा और इसके पश्चात् में प्रतिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों के संपर्क में आते हैं। | ||
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* कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा | * [[कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा|कैपेसिटिव]] युग्मित प्लाज्मा | ||
*[[प्रेरण प्लाज्मा प्रौद्योगिकी]] | *[[प्रेरण प्लाज्मा प्रौद्योगिकी]] | ||
*[[प्लाज्मा भौतिकी लेखों की सूची]] | *[[प्लाज्मा भौतिकी लेखों की सूची]] | ||
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प्रेरणिकतः युग्मित प्लाज्मा (इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा(आईसीपी)) या ट्रांसफार्मर युग्मित प्लाज्मा (टीसीपी)[1] एक प्रकार का प्लाज़्मा (भौतिकी) स्रोत है जिसमें ऊर्जा की आपूर्ति विद्युत धाराओं द्वारा की जाती है जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण, अर्थात टाइम-वरयींग चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उत्पन्न होती हैं।[2]
संचालन
चित्र 2. प्रेरणिकतः युग्मित प्लाज़्मा टॉर्च का निर्माण।[3] a: बाहरी क्वार्ट्ज ट्यूब में ठंडा गैस स्पर्शरेखा प्रवाह b: डिस्चार्ज गैस प्रवाह (सामान्यतः Ar) c: एक प्रारूप के साथ वाहक गैस का प्रवाह d: इंडक्शन कॉइल जो टॉर्च के अंदर सशक्त चुंबकीय क्षेत्र बनाती है e: चुंबकीय क्षेत्र के बल वैक्टर f: प्लाज्मा टॉर्च (डिस्चार्ज)।
आईसीपी ज्यामिति तीन प्रकार की होती है: समतल (चित्र 3 (a)), बेलनाकार [4] (चित्र 3 (b)), और अर्ध-टोरॉयडल (चित्र 3 (c)) आदि।[5]
समतल ज्यामिति में, इलेक्ट्रोड एक सर्पिल (या कुंडली) की तरह समतल धातु के वाउंड की लंबाई है। बेलनाकार ज्यामिति में, यह कुंडलित वक्रता स्प्रिंग की तरह है। इस प्रकार अर्ध-टोरॉयडल ज्यामिति में, यह टोरॉयडल सोलनॉइड है जिसे इसके मुख्य व्यास के साथ दो समान भागो में काटा जाता है।
जब टाइम-वरयींग विद्युत धारा कुंडली के माध्यम से प्रवाहित की जाती है, तो यह इसके चारों ओर फ्लक्स के साथ टाइम-वरयींग चुंबकीय क्षेत्र बनाता है
,
जहां r कुंडल (और क्वार्ट्ज ट्यूब) के केंद्र की दूरी है।
फैराडे के प्रेरण के नियम के अनुसार या फैराडे-लेन्ज़ के प्रेरण के नियम के अनुसार, यह विरल गैस में अज़ीमुथल वैद्युतवाहक बल बनाता है:
,
जो विद्युत क्षेत्र की शक्ति से मेल खाता है
,[6]
इलेक्ट्रॉन प्रक्षेप पथ के निर्माण के लिए अग्रणी [5] प्लाज्मा पीढ़ी प्रदान करता है। इस प्रकार r पर निर्भरता से पता चलता है कि गैस आयन की गति लौ के बाहरी क्षेत्र में सबसे तीव्र है, जहां तापमान सबसे अधिक है। वास्तविक टॉर्च में, लौ को ठंडी गैस द्वारा बाहर से ठंडा किया जाता है, इसलिए सबसे गर्म बाहरी भाग तापीय संतुलन पर होता है। वहां तापमान 5 000–6 000 K तक पहुंच जाता है.[7] इस प्रकार अधिक कठोर विवरण के लिए, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में मिल्टन-जैकोबी समीकरण देखें।
आरएलसी परिपथ जिसमें कॉइल सम्मिलित है, जिसमें प्रयुक्त प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति सामान्यतः 27-41 मेगाहर्ट्ज होती है। इस प्रकार प्लाज्मा को प्रेरित करने के लिए, गैस आउटलेट पर इलेक्ट्रोड पर चिंगारी उत्पन्न होती है। इस प्रकार आर्गन सामान्यतः उपयोग होने वाली विरल गैस का उदाहरण है। प्लाज्मा का उच्च तापमान विभिन्न अवयवो के निर्धारण की अनुमति देता है, और इसके अतिरिक्त, लगभग 60 अवयवो के लिए टॉर्च में आयनीकरण की डिग्री 90% से अधिक है। इस प्रकार आईसीपी टॉर्च सी 1250-1550 W शक्ति का उपभोग करती है। किन्तु यह प्रारूप की मौलिक संरचना (अवयवो की विभिन्न आयनीकरण ऊर्जा के कारण) पर निर्भर करता है।[7]
आईसीपी में दो ऑपरेशन मोड होते हैं, जिन्हें कम प्लाज्मा घनत्व के साथ संधारित्र (E) मोड और उच्च प्लाज्मा घनत्व के साथ प्रेरक (H) मोड कहा जाता है, और इस प्रकार E से H हीटिंग मोड संक्रमण बाहरी इनपुट के साथ होता है।[8]
अनुप्रयोग
इस प्रकार प्लाज्मा इलेक्ट्रॉन तापमान ~6,000 K और ~10,000 K (~6 eV - ~100 eV) के मध्य हो सकता है।[5] और सामान्यतः तटस्थ प्रजातियों के तापमान से अधिक परिमाण के विभिन्न क्रम होते हैं। इस प्रकार आर्गन आईसीपी प्लाज्मा डिस्चार्ज तापमान सामान्यतः ~5,500 से 6,500 K होता है [9] और इसलिए सूर्य की सतह (फ़ोटोस्फ़ेयर) (~4,500 K से ~6,000 K) पर पहुंचने के समान हैं। इस प्रकार आईसीपी डिस्चार्ज 1015 सेमी−3 के क्रम पर अपेक्षाकृत उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के होते हैं परिणामस्वरूप, आईसीपी डिस्चार्ज के व्यापक अनुप्रयोग होते हैं जहां उच्च-घनत्व प्लाज्मा (एचडीपी) की आवश्यकता होती है।
- प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी या आईसीपी-एईएस, परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का एक प्रकार है।
- आईसीपी-एमएस, मास स्पेक्ट्रोमेट्री का एक प्रकार है।
- प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग या आईसीपी-आरआईई, एक प्रकार का प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग है।
इस प्रकार आईसीपी डिस्चार्ज का एक अन्य लाभ यह है कि वह अपेक्षाकृत संदूषण से मुक्त होते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पूरी तरह से प्रतिक्रिया कक्ष के बाहर होते हैं। इसके विपरीत, कैपेसिटिव युग्मित प्लाज्मा (सीसीपी) में, इलेक्ट्रोड को अधिकांशतः रिएक्टर के अंदर रखा जाता है और इस प्रकार प्लाज्मा और इसके पश्चात् में प्रतिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों के संपर्क में आते हैं।
यह भी देखें
- कैपेसिटिव युग्मित प्लाज्मा
- प्रेरण प्लाज्मा प्रौद्योगिकी
- प्लाज्मा भौतिकी लेखों की सूची
- पल्सड प्रेरणिकतः थ्रस्टर
संदर्भ
- ↑ High density fluorocarbon etching of silicon in an inductively coupled plasma: Mechanism of etching through a thick steady state fluorocarbon layer Archived 2016-02-07 at the Wayback Machine T. E. F. M. Standaert, M. Schaepkens, N. R. Rueger, P. G. M. Sebel, and G. S. Oehrleinc
- ↑ A. Montaser and D. W. Golightly, ed. (1992). विश्लेषणात्मक परमाणु स्पेक्ट्रोमेट्री में प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज़्मा. VCH Publishers, Inc., New York.
- ↑ Lajunen, L. H. J.; Perämäki, P. (2004). परमाणु अवशोषण और उत्सर्जन द्वारा स्पेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण (2 ed.). Cambridge: RSC Publishing. p. 205. ISBN 978-0-85404-624-9.
- ↑ Pascal Chambert and Nicholas Braithwaite (2011). रेडियो-फ़्रीक्वेंसी प्लाज़्मा का भौतिकी. Cambridge University Press, Cambridge. pp. 219–259. ISBN 978-0521-76300-4.
- ↑ 5.0 5.1 5.2 Shun'ko, Evgeny V.; Stevenson, David E.; Belkin, Veniamin S. (2014). "Inductively Coupling Plasma Reactor With Plasma Electron Energy Controllable in the Range From ~6 to ~100 eV". IEEE Transactions on Plasma Science. 42 (3): 774–785. Bibcode:2014ITPS...42..774S. doi:10.1109/TPS.2014.2299954. ISSN 0093-3813. S2CID 34765246.
- ↑ Бабушкин, А. А.; Бажулин, П. А.; Королёв, Ф. А.; Левшин, Л. В.; Прокофьев, В. К.; Стриганов, А. Р. (1962). "Эмиссионный спектральный анализ". In Гольденберг, Г. С. (ed.). Методы спектрального анализа. Москва: Издательство МГУ. p. 58.
- ↑ 7.0 7.1 Dunnivant, F. M.; Ginsbach, J. W. (2017). Flame Atomic Absorbance and Emission Spectrometry and Inductively Coupled Plasma — Mass Spectrometry. Whitman College. Retrieved 10 January 2018.
- ↑ Hyo-Chang Lee (2018) Review of inductively coupled plasmas: Nano-applications and bistable hysteresis physics 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001
- ↑ Cornelis, RITA; Nordberg, MONICA (2007). "CHAPTER 2 - General Chemistry, Sampling, Analytical Methods, and Speciation**Partly based on Chapter 2: General chemistry of metals by V. Vouk and Chapter 3: Sampling and analytical methods by T. J. Kneip and L. Friberg in Friberg et al. (1986).". धातुओं के विष विज्ञान पर हैंडबुक (Third ed.). Academic Press. pp. 11–38. doi:10.1016/B978-012369413-3/50057-4. ISBN 9780123694133.
